Izmokhoz alkalmazkodó exoszkeleton segíti a mozgást és a gyógyulást

Az algoritmus potenciálisan támogatja a mozgáskorlátozott, sérülést elszenvedett, vagy csupán teljesítményfokozásra vágyó felhasználót, aki könnyedén váltogathat gyaloglás és futás között – írja a The Robot Report.

Az amerikai kutatók remélik, hogy az algoritmus egy lépéssel közelebb viszi a tudományt az igazán hatékony, széles körben használható boka exoszkeletonok építéséhez. Ezek az eszközök segíthetnek az emberi kitartás határainak bővítésében, vagy rehabilitációban résztvevők gyógyulásában és fejlesztésében. Különösen a most kidolgozott algoritmus jelenthet áttörést olyan külső, viselhető robotvázak gyártásában, amelyek automatikusan alkalmazkodnak az egyes felhasználókhoz és egyedi feladataikhoz – kiküszöbölve vagy jelentősen csökkentve az egyes feladatok közötti manuális újrakalibrálás szükségességét.

„Az ilyen típusú boka-exoszkeletonok elsősorban a mozgásukban korlátozott emberek támogatására használhatók – mondta Leia Stirling, az U-M ipari és üzemmérnöki és robotikai docense, a PLOS ONE folyóiratban megjelent tanulmány vezető szerzője. – Ők lehetnek például idősebb felnőttek, akik normál esetben nem lennének képesek elgyalogolni a parkba az unokáikkal, de a rendszerünk viselésével extra segítséget kapnak: lehetővé válik számukra, hogy több dolgot tegyenek meg, mint korábban.”

A jelenlegi exoszkeletonokat általában egyedi felhasználóra kell szabni, aki egyetlen adott feladatot végez: például egyenes vonalban sétál. A feladatok vagy a felhasználók variálása az eddig készült gépeken hosszadalmas és bonyolult kézi beállításokat igényel, viszont az új algoritmus bebizonyította, hogy képes kezelni különböző járási sebességeket, sőt, akár a váltásokat is, járás és a futás között.

Ez a vezérlő algoritmus abban különbözik az exoszkeletonokban általában használt szoftverektől, hogy közvetlenül méri, milyen gyorsan tágulnak és húzódnak össze az izomrostok. Ezeket a méréseket arra használja, hogy meghatározza, mennyi kémiai energiát használ fel az izom a feladat elvégzése közben, majd ezt a mérést összehasonlítja egy biológiai modellel, hogy meghatározza a mozgás támogatásának ideális módját és intenzitását. A jelenlegi módszerek a mozgás szélesebb körű méréseit használják a rásegítés meghatározásához, így kevésbé pontosak, mint az új módszer, ami közvetlenül az izomfiziológiát méri.

A Michigani Egyetem tudósai azért a bokát és a boka-exoszkeletont választották kutatási témának, mert a testrész kulcsszerepet játszik a mozgásban. A csapat megállapította, hogy a bokával kapolcsatban álló izmok segítése drámai hatással lehet arra, hogy mennyivel vagyunk képesek tovább és gyorsabban járni.

Bár a csapat egyelőre nem tudott emberi teszteket végrehajtani – főleg a COVID-19 korlátozásai miatt –, a meglévő exoszkeleton eszközökre és az izomdinamikára vonatkozó adatokat felhasználták az algoritmusukkal zajló szimulációkhoz és kísérletekhez. A tesztelés során a csapat tökéletesítette a szoftvert, hogy az jobban reagáljon a sebesség és a járás intenzitásának változásaira. A következő lépésük az lesz, hogy humán teszteket is lebonyolítsanak: ennek során a tervek szerint ultrahangot fognak használni az izomrostok valós idejű mérésére.

Gábor János